Voznitskiy_-_Sudovye_dizeli_i_ikh_expluatatsia

на наружной поверхности центрирующего пояса (против вы­ пускных и продувочных окон) делают вырезы для. более равномер­ ного распределения ..металла по периметру втулки (у некоторых дизелей Зульцер типа.БШ). В результате неравномерность тепловых деформаций втулки уменьшается;

от выпускного окна втулки до ее конца делают косой разрез h (см, рис, 2.9,.г)у-что дает возможность поясу окон деформировать­ ся в сторону разреза без нарушения формы зеркала; .....

втулку изготовляют составной, с зазором или без зазора между верхней и нижней частями (см. рис. 2.9, а—д). ■Верхняя часть втулки охлаждается водой, а нижняя — водой или продувочным воздухом, Составная втулка имеет меньшие осевые деформации, удобна для изготовления, а жесткое крепление нижней части втулки к рубашке цилиндра с помощью фланца или нажимного "ольца уменьшает ее вибрацию. Разрез, составной втулки делают

овным или волнистым. Последний обеспечивает плавный переход, оршневых колец и предотвращает их поломку, но менее техноло-

личен;

выравнивание температурного поля по окружности втулки с помощью глухих сверлений (см. рис. 2.7, г) или тангенциальных каналов (см. рис. 2.8, г) .обеспечивает равномерные радиальные деформации втулки.

Крышка цилиндра, являющаяся одним из элементов остова дигеля, служит для плотного закрытия цилиндра, образования ка­ меры сгорания (вместе с днищем поршня и стенками вг)лки), раз­ мещения клапанов и . форсунки.

У четырехтактного дизеля крышка состоит из днищ нижнего огневого 1 (рис. 2.10, а) и верхнего 3, соединенных вертикальными стенками, и стаканами для форсунки 5, клапанов впускных. 4, вы­ пускных 6, пускового и предохранительного. В крышке имеются воздушные и газовые каналы и полость охлаждения. •-

Крышки четырех- и двухтактных дизелей с прямоточно-клапан­ ной продувкой конструктивно подобны. Конструкция крышек двух­ тактных дизелей с контурной продувкой простая, так' как у них отсутствуют впускные и выпускные клапаны.

Механические нагрузки возникают под давлением газов и силы затяга крепежных шпилек. Под действием этих сил крышка изги­ бается.

Опасным является сечение, проходящее через отверстия для клапанов.

40

Рис,. 2.10. Цилиндровые крышки четырех- и двухтактных дизелей с прямоточно»

клапанной продувкой:

а — Зульцер ZL40/48; б - Зульцер ZA40S; в - Зульцер RTA58; г - Бурмейстер и Вайн

L90GF; д — Бурмейстер и Вайн VT2BF74/160

4 !

Напряжения растяжения в верхнем днище крышки и напряже­ ния сжатия в огневом днище

косновением огневого днища крышки с горячими газами» Нагревднища снижает его прочность, а температурный перепад по тол­ щине вызывает термические напряжения ot. Суммарные напряже­

жения в огневом днище; свободное расширение наиболее нагретых частей; простая и симметричная форма для обеспечения равномер­ ного распределения температур и снижения напряжений от неоди­ наковой скорости нагрева и остывания отдельных стенок; большие проходные сечения газораспределительных клапанов; оптималь­ ная форма камеры сгорания в соответствии с принятой системой смесеобразования и схемой газообмена; меньшие тепловые нагрузки верхнего пояса цилиндровой втулки; материал, применяемый для изготовления крышки, должен быть жароупорным (жаропрочным и жаростойким), хорошо заполнять литейную форму, иметь малый коэффициент линейного расширения и высокий коэффициент теп­ лопроводности.

М а т е р и а л для изготовления крышек МОД — легированная сталь (молибденовая или хромоникелевая), крышек СОД —- леги­ рованный чугун с присадками молибдена, хрома, никеля или се­ рый чугун СЧ 28=48, СЧ 32-52. Огневую часть составных крышек изготавливают из легированной стали, верхнюю — из чугуна или ■углеродистой Стали 35 или Ст5, а шпильки СОД —• из легирован» ной Стали 40ХН, ШХНВА.и др.

сти-, восьмигранной или круглой. Многогранная и круглая формы крышки дают возможность расположить крепежные шпильки по окружности, увеличить их число и уменьшить диаметр, а следова­

чественных процессов смесеобразования и газообмена с учетом воз» никающих в нем напряжений (напряжения растяжения нежела­ тельны).

42

Охлаждается крышка водой, подводимой из фланцевой части цилиндровой втулки (или из зарубашечного пространства у дизе­ лей ранней постройки). Поток воды последовательно охлаждает ■огневое днище, стаканы форсунки и клапанов (часто непосредствен» но седла клапанов), каналы для газа и воздуха (см. рис. 2.10, а). Для улучшения охлаждения наиболее нагретых поверхностей во­ дяным; каналам придают определенный наклон, отливают в крыш­ ке направляющие стенки, устанавливают специальные патрубки или сопла. Вода из крышки отводится из наиболее высокой точки полости охлаждения, что предотвращает образование застойных зон, воздушных и паровых мешков.

Конструктивные способы снижения механической и тепловой напряженности цилиндровой крышки:

в крышке СОД Зульцер Z4G./48 (см. рис. 2.10, а) толстое промежуточное днище 2 является опорой для тонкостенного огневого днища 1 и воспринимает механические нагрузки, (через стенки, реб­ ра и стаканы клапанов). Снижение механических напряжений в ог­ невом днище достигнуто приближением к нему нейтральной оси крышки [уменьшается расстояние I в формуле (2.2)], а тепловой напряженности — благодаря тонкостенности днища [(уменьшает-” ся 6 — толщина стенки в формуле (1.1)] и его интенсивного охлаж­ дения (из условия сохранения прочности наибольшая температура огневого днища крышки не должна превышать 380 °С). Вода в крышку поступает по круговому кожуху 7. Часть воды поступает в полость между огневым и промежуточным днищами, часть на охлаждение седел клапанов. Затем вода проходит по каналу вокруг стакана форсунки в верхнюю полость крышки;

в крышке более форсированного дизеля ZA 40S (рис. 2Л0, б) промежуточное днище устранено и огневое днище воспринимает все нагрузки. Поэтому оно выполнено толстостенным заодно с мощным круговым буртом, повышающим жесткость крышки и вы­ полняющим функцию кругового водяного кожуха. В наклонных. а, радиальных Ъ и вертикальных с сверлениях циркулирует ох­ лаждающая вода. Вследствие близкого расположения охлаждающих каналов к огневой поверхности обеспечивается ее хорошее охлаж­ дение, а температурные перепады концентрируются между канала­ ми и этой поверхностью. Температура основной массы днища (выше каналов) остается приблизительно постоянной и относи­ тельно невысокой. Несмотря на возросший уровень нагрузок на огневое днище его теплонапряженность осталась приблизительно на прежнем уровне (как в дизеле Z40/48), а максимальные меха­ нические напряжения снижены почти на 70 % [вследствие умень

43

зелях. Так, эффективное' снижение напряженности цилиндровых крышек в большинстве форсированных дизелей достигнуто из­ готовлением их в виде стальной кованой плиты с выточкой для ка­ меры сгорания и интенсивным охлаждением с помощью' системы сверления каналов;

в крышке дизеля Зульцер RTA 58 (рис. 2.10,-в)- по сверлениям d вода подводится для охлаждения не только корпуса, но «^непо­ средственно седла выпускного клапана. Низкая температура крыш­ ки за сверлениями и интенсивное охлаждение нижней части стака­ на форсунки позволили применить для охлаждения ее распылите­ ля топливо (вместо воды), что значительно удобнее, в эксплуатации;

в дизелях Бурмейстер и Вайн ранней постройки применяли крышку утопленного типа (рис. 2.10, г), снижающую тепловую на­ грузку верхнего пояса цилиндровой втулки вследствие переноса камеры сгорания в нижерасположенный, хорошо охлаждаемый пояс втулки, Высота крышки увеличена, что повышает ее жест­ кость. Для исключения коррозии и пригорания. крышки ко втулке их конусные поверхности перед сборкой смазывают специальной графитовой пастой, а для предотвращения заноса нагара в зазор устанавливают газоуплотнительное кольцо 8;

крышка колпакового тина дизеля Бурмейстер и Вайн L9QGF (рис. 2.10, д) имеет высокую жесткость, и в ней можно разместить камеру сгорания. Верхняя часть цилиндра и газовый стык перекры­ ваются поршнем при его положении в ВМТ. В результате газовый стык предохраняется от воздействия пламени и существенно сни» жается тепловая нагрузка верхнего пояса втулки, так как он под» вергается воздействию газов на ходе расширения, когда их давле­ ние и температура сравнительно низкие. Для охлаждения бурта, крышки (толстой вертикальной стенки колпака) ближе к огневой поверхности сделаны тангенциальные каналы — сверления е, по­ добные сверлениям в бурте втулки. Интенсивное охлаждение крыш­ ки и улучшенный контакт с ней форсунок позволили не приме­ нять для охлаждения форсунок специальную систему. Подобная конструкция крышки применена и в новейших, сверхдлинноходо- вых (SID = 3,25) форсированных дизелях МАН — Бурмейстер и Вайн типа L-MC/MCE. Применение колпаковых крышек - дает возможность отказаться от резьбовых сверлений (для подъемных рымов) в днище поршня, являющихся концентраторами напря­ жений, а. иногда расположить пусковой, предохранительный и ин­

и индикаторный клапаны. Обе части крышки могут расширяться независимо , что снижает термические напряжения. Огневые днища крышки и вставки для снижения механических напряжений выпол-

44

нены полусферическими (в ранних конструкциях огневая поверх­ ность крышки имела конусную форму, а вставки — плоскую). Крышка отличается простотой конструкции и высокой надежно» •стью, так как все концентраторы напряжений (отверстия для кла­ панов) сосредоточены во вставке. Имеется возможность осматри­ вать цилиндровую втулку после демонтажа вставки без подъема крышки;

в форсированных дизелях Зульцер с контурной продувкой применяют цельные стальные колпаковые крышки. В крышке дизеля RND90M (рис. 2.11, б) кроме системы вертикальных а и радиальных Ъ сверлений имеются пересекающиеся сверления с (полностью подобные сверлениям во втулке), выравнивающие тем»

^J± L

в

W \

щ

> й ^ / ‘

Рис.. 2.11. Цилиндровые крышки двухтактных дизелей с контурной продувкой:

а Зульцер RND105; б — Зульцер RND90M; в ■— Зульцер RLA56; г — MAH K.Z70/120; д — MAH K.SZ52/105B

45

пературное поле по. высоте и окружности крышки. Крышка дизеля RLA56 (рис, 2.11. в) имеет такую же конструкцию, но подвод воды в крышку осуществляется по круговому водяному кожуху 3} что

стенка колпака выполнена толстой и она является хорошей кольце» вой опорой, способной без деформаций воспринимать силу затяга, шпилек крепления крышки» Механические нагрузки от огневого днища передаются верхней части крышки также через широкую кольцевую опору, использованную для установки шпилек крепле­ ния частей крышки между собой. В вертикальной стенке — бурте нижней части крышки вблизи огневой поверхности сделаны глу­ хие каналы «соты» е большого диаметра, а в верхней части крышки — каналы d малого диаметра, расположенные эксцентрично относи­

(рис. 2.11, д) состоит из нижней стальной части 5 и верхней чугун­ ной 4. В нижней части (в виде колпака) имеется тонкостенное огне­ вое днище с кольцевыми ребрами жесткости, образующими каналы в полости охлаждения; в вертикальной стенке колпака также пре­ дусмотрена охлаждающая полость» Верхняя часть воспринимает только механические нагрузки (через кольцевые ребра) и обеспечи­ вает общую прочность конструкции; для облегчения она выполне­ на пустотелой и подкреплена радиальными ребрами. Стакан фор­

4.Какие факторы влияют на работоспособность рамового подшипника?

5.Из каких слоев состоит тонкостенный четырехслойный вкладыш под­

шипника?

6.Какие напряжения и от действия каких сил возникают в опорном

фланце цилиндровой втулки?

7.Почему цилиндровую втулку устанавливают в блок с зазорами в по­ садочных поясах?

8.Как контролируют состояние уплотнений цилиндровой втулки в эксплуатации?

9.Почему в двухтактных трон ковых дизелях применяют, как прави-

принудительную (лубрикаторную) смазку цилиндровых втулок?

10.Какими конструктивными способами улучшают охлаждение и уменьшают тепловую нагрузку верхнего пояса цилиндровой втулки?

II. Какими конструктивными способами уменьшают неравномерность

радиальных и осевых деформаций цилиндровой втулки?

46

12.Из каких условий выбирают форму огневого днища цилиндровой

крышки?

13.Какими конструктивными способами уменьшают механическую и

тепловую напряженность цилиндровых крышек?

Г л а в а 3. МЕХАНИЗМ ДВИЖЕНИЯ

3.1. Конструктивные схемы

Механизм движения служит для передачи энергии расширяю­ щих газов на коленчатый вал дизеля, т. е. для преобразования по­ ступательного движения поршня во вращательное движение вала.

Механизм движения тронкового дизеля со-» стоит из поршневой группы, шатунной группы и коленчатого вала, механизм движения крейцкопфного дизеля (рис. 3.1,) — из поршневой группы 1, крейцкопфного узла 2, шатунной группы 3 и коленчатого вала.

47

У крейцкопфного дизеля облегчен контроль за состоянием тру» щейся пары в эксплуатации, а картер отделен от цилиндров диа­ фрагмами, что предотвращает смешивание циркуляционногосма­ зочного масла с отработавшим грязным цилиндровым (это особенно важно при работе на сернистых сортах топлива).'

3.2, Поршень

Поршневая группа состоит из поршня, поршневых колец, порш­ невого пальца (у тронкового дизеля) или поршневого штока (у крейц­ копфного дизеля).

Поршень служит для передачи давления газов на шатун (в тронковом дизеле) или поршневой шток (в крейцкопфном дизеле), образования камеры сгорания и обеспечения ее герметичности, управления открытием и закрытием окон (в двухтактном дизеле).

Поршень состоит (рис. 3,2, а) из головки / (верхней части с круговыми канавками для уплотнительных колец) и направляю-

Рис. 3.2, Деформации поршня, формы его головки и зависимость тепловой нагрузки от зазора.

48

щей части — тронка 4 с канавками для маслосъемных колец (в тронковом дизеле) или юбки (в крейцкопфном дизеле). Внутри тронка имеются приливы — бобышки 2 с отверстиями для установ» к» поршневогопальца 3. .

Головка поршня воспринимает давление газов и осуществляет газораспределение (в двухтактном дизеле). Тронк выполняет рол] ползуна, скользящего по стенке цилиндра, передает на нее нор

зов и продувочного воздуха в картер (в двухтактном дизеле). Юбка поршня в крейцкопфном дизеле обеспечивает его центровку в ци­ линдре и перекрывает окна при положении поршня в ВМТ (в двух­ тактном дизеле с неуправляемым выпуском).

Во время работы дизеля поршень нагревается и расширяется больше, чем цилиндровая втулка. Для предотвращения заедания поршня предусматривают тепловой зазор. Наиболее интенсивно

чем между тронком (или юбкой) и втулкой. Для этого головку поршня изготавливают меньшего диаметра, чем тронк, или обраба­ тывают ее на конус. Зазор зависит от диаметра цилиндра, кон­ струкции, материала и условий охлаждения поршня. Его устанав­ ливают опытным путем, так как при увеличении зазора возрастает температура газа (рис. 3.2, в) и поршня над верхним поршневым кольцом, ухудшая условия его работы. Зазор между тронком и втулкой должен обеспечивать только свободное перемещение порш­ ня. Большой зазор вызывает стуки при переходе поршня через мертвые точки, так как нормальная сила изменяет свое направле­ ние и перекладывает поршень в цилиндре с одной стороны на дру­

а между тронком и втулкой — 0,00Ш; для поршней из алюминие­ вых сплавов зазоры устанавливают приблизительно в два раза

циклически повторяющуюся деформацию днища и стенки поршня (см. рис. 3.2, а, г), а сила Pj стремится оторвать головку от направ­ ляющей части поршня.

Термические нагрузки обусловлены непосредственным сопри­ косновением головки поршня с горячими газами. Тепловая нагруз­ ка поршня при прочих равных условиях выше у двухтактного дизеля (т = 1) и резко возрастает при увеличении диаметра D

49